Việc tính toán quỹ đường truyền có thể được định nghĩa một cách đơn giản là việc tính toán tất cả các tổn hao cũng như tăng ích của tất cả các phần tử trong liên kết truyền tin. Nó sẽ tính toán vùng phủ và dung lượng hệ thống bằng cách xem xét và phân tích tất cả các loại nhân tố ảnh hưởng trong đường truyền của cả tín hiệu hướng lên và hướng xuống, sau đó sẽ thu được tổn hao đường truyền lớn nhất cho phép của liên kết đối với một số lượng cuộc gọi cho phép nào đó.
Hình 4.1: Quỹđường truyền vô tuyến trong WCDMA
4.1.1.1. Công suất phát của BS
Trong hệ thống WCDMA, công suất phát của BS là một tham số hệ thống, nó khác nhau đối với các dịch vụ riêng biệt. Nó được quyết định để phù hợp với từng loại dịch vụ và vùng phủ của dịch vụ. Công suất phát tối đa của BS là 43dBm (20W). Trong đó, công suất kênh riêng (DCH – Dedicated Channel) được tính toán là vảo khoảng 80% công suất tổng.
4.1.1.2. Công suất phát của thiết bị người dùng UE
Bảng 3.1 thể hiện công suất phát tối đa cho mỗi lớp UE và dung sai cho phép tương ứng. Một thiết bị UE thoại (ví dụ thiết bị cầm tay) thường thuộc lớp 3 hoặc lớp 4. Trong khi đó, một thiết bị UE dữ liệu (card dữ liệu) thường là lớp 3. Nếu trong mạng sử dụng nhiều lớp UE, thì quỹ đường truyền nên được sử dụng với lớp cao nhất (công suất phát tối đa thấp nhất). Trong một số trường hợp tính toán, ta có thể sử dụng mức công suất thấp nhất có thể đối với lớp đó, có tính đến cả dung sai, ví dụ như là 19dBm đối với UE lớp 4. Hiện tại, ta sử dụng 21dBm để tính toán cho mạng WCDMA và 24dBm khi tính toán đối với HSDPA.
Lớp công suất Công suất phát tối đa Sai số 1 +33dBm +1/-3dB 2 +27dBm +1/-3dB 3 +24dBm +1/-3dB 4 +21dBm +2/-2dB Bảng 4.1: Các lớp công suất của UE 4.1.1.3. Tăng ích ănten BS
Trong quá trình tính toán quỹđường truyền, ta giả sử rằng tăng ích của ănten
định hướng của BS là 17dBi và tăng ích thu đẳng hướng là 11dBi. Trong thực tế, các loại ănten khác nhau có thểđược lựa chọn để phù hợp với các vùng và các yêu cầu vùng phủ khác nhau.
4.1.1.4. Tăng ích ănten UE
Bởi vì các thiết bị UE cầm tay cơ bản không sử dụng ănten ngoài nên sự tăng ích bằng 0dBi.
4.1.1.5. Suy hao cáp feeder
Trong quá trình tính toán quỹ đường truyền, ta công nhận một số các giả
thiết sau:
- Đối với một feeder dài 30-40mét, tổng suy hao cáp feeder (bao gồm cả
suy hao đầu bộ nối ) là 4dB
- Đối với một feeder dài 40-50mét, tổng suy hao là 5dB.
Sự suy hao của feeder có thể làm giảm mức thu và làm nhỏ lại bán kính phủ
sóng của BS. Vì vậy, các bộ khuếch đại phát có thể sử dụng hạn chếảnh hưởng của sự suy hao feeder.
4.1.1.6. Tăng ích xử lý
Hệ số tăng ích xử lý có thể được tính theo công thức PG=W/R, trong đó PG là hệ số tăng ích xử lý, W là tốc độ chip và R là tốc độ bit.
Các dịch vụ khác nhau sẽ có các tăng ích xử lý không giống nhau. Vài khi
Hình 4.2: Tăng ích xử lý đối với các dịch vụ khác nhau
4.1.1.7. Tỷ số Eb/No
Eb chỉ ra mức năng lượng tín hiệu trên từng bit, và được định nghĩa qua công thức Eb = S/R, trong đó S là mức năng lượng tín hiệu và R là tốc độ bit của dịch vụ.
No chỉ ra mật độ phổ công suất tạp âm, được định nghĩa bằng công thức No=N/W, trong đó W là độ rộng băng thông (trong WCDMA chính là tốc độ chip và có giá trị là 3.84M) và N là tạp âm (tổng công suất thu loại trừ công suất của tín hiệu cần thu)
Eb S W S W S
PG
No = N N∗ = N ∗ R = N ∗ (4.1)
Tỷ số Eb/No bịảnh hưởng bởi loại dịch vụ, tốc độ chuyển động, các thuật toán mã hóa và giải mã, sự phân tập của ănten, điều khiển công suất và môi trường
đa đường. Trong tiêu chuẩn của 3GPP, các giá trị của Eb/No yêu cầu cho một số
trường hợp được chỉ ra như trong bảng 3.2
Tốc độ kênh (Kbit/s) Tỷ lệ lỗi khối yêu cầu Giá trị khuyến nghị
của 3GPP 12.2 <10-1 n.a <10-2 5.1dB 64 <10-1 1.5dB <10-2 1.7dB 144 <10-1 0.8dB <10-2 0.9dB
384 <10-1 0.9dB
<10-2 1.0dB
Bảng 4.2a: Giá trị Eb/No yêu cầu trong môi trường đường truyền tĩnh
Tốc độ kênh (Kbit/s) Tỷ lệ lỗi khối yêu cầu Giá trị khuyến nghị
của 3GPP 12.2 <10-1 n.a <10-2 11.9dB 64 <10-1 6.2dB <10-2 9.2dB 144 <10-1 5.4dB <10-2 8.4dB 384 <10-1 5.8dB <10-2 8.8dB
Bảng 4.2b: Giá trị Eb/No yêu cầu trong điều kiện truyền dẫn đa đường
4.1.1.8. Dự trữ nhiễu (dự trữ tải)
Dự trữ nhiễu được tính theo công thức -10log(1-η), trong đó η là giá trị tải của ô cần tính. Giá trị này thường vào khoảng từ 1dB đến 3dB tương đương với tải vào khoảng 20% đến 50% đối với hướng lên.
Đối với hương xuống, vẫn tồn tại mối quan hệ giữa tải và nhiễu. Tuy nhiên, việc tính toán mang tính lý thuyết khá khó khăn nên mức dự trữ nhiễu hướng xuống sẽđược quyết định thông qua sự mô phỏng.
4.1.1.9. Tạp âm nhiệt
Nền tạp âm nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy thu và được tính toán theo công thức sau: Noice = KTW (Wat), trong đó K là hằng số Boltzmann (1.38*10- 23J/K), T là nhiệt độ Kelvin và W là tốc độ chip (3.84M).
Khi sử dụng dBm làm đơn vị tính toán thì công thức tính tạp âm nhiệt sẽ trở
thành như sau: Noise = 10lg(KT)+10lg(W), trong đó 10lg(KT) thể hiện mật độ tạp âm nhiệt (dBM/Hz). Trong điều kiện nhiệt độ bình thường (T-290K) thì tạp âm nhiệt sẽ có giá trị là -174dBm.
Mật độ phổ tạp âm là như nhau tại các điểm tần số cốđịnh bởi vì băng thông tạp âm lớn hơn nhiều so với băng thông của hệ thống. Do đó, công suất tạp âm tạo ra bởi nguồn tạp âm nhiệt là như nhau trên từng đơn vị băng thông.
4.1.1.10. Hệ số tạp âm
Hệ số tạp âm của bộ thu cho biết tạp âm mà bộ thu tạo ra trong quá trình xử
lý tín hiệu. Trong quá trình tính toán quỹ đường truyền, hệ số tạp âm đối với BS là 2.2dB và đối với MS là 5dB.
4.1.1.11. Độ nhạy máy thu
Độ nhạy máy thu BS chỉ ra mức thu tối thiểu yêu cầu để đảm bảo được các tiêu chuẩn chất lượng đặt ra sau khi giải mã tín hiệu. Độ nhạy máy thu được tính theo công thức như sau:
S(dBm) = Eb/No(dB) + N(dBm) – 10lg(W/R) (4.2) Trong đó, N là tạp âm tổng mà BS thu được, N = Noise + Nf + IM (Noise là tạp âm
nhiệt, Nf là hệ số tạp âm của BS và IM là dự trữ nhiễu. Khi đó, độ nhạy máy thu có thểđược viết lại như sau:
S(dBm) = Eb/No(dB) + 10lg(KTW) + Nf(dBm) + IM(dBm) – 10lg(W/R) (4.3)
4.1.1.12. Tăng ích chuyển giao mềm
Tăng ích chuyển giao mềm là tăng ích sử dụng để chống lại hiện tượng fading chậm. Khi thiết bị di động nằm trong vùng chuyển giao mềm, tại cùng một
thời điểm, nhiều liên kết chuyển giao mềm đều thu được tín hiệu, điều này làm giảm yêu cầu đối với dự trữ fading.
4.1.1.13. Dự trữđiều khiển công suất
Công nghệ WCDMA sử dụng việc điều khiển công suất nhanh vòng lặp kín
để chống lại các ảnh hưởng của fading nhanh dưới điều kiện di chuyển chậm, từđó giảm tỷ số Eb/No yêu cầu. Trong điều kiện môi trường thực tế, công suất phát tối đa là hạn chế và điều này sẽ làm giảm hiệu suất của quá trinh giải điều chế. Việc điều khiển công suất không thể bù được fading sâu nếu đầu cuối di động đang ở trong vùng fading sâu. Trong trường hợp này, để chống lại fading sâu, thì các thiết bị UE (hoặc NodeB) cần phải tăng công suất phát trung bình. Ngoài ra, khi UE đang ở
vùng biên của ô, điều khiển công suất cũng không thể bù được fading sâu.
Trong điều kiện chuyển giao chậm, giá trị của dự trữđiều khiển công suất là vào khoảng 3dBm. Còn đối với trường hợp đầu cuối chuyển động nhanh thì dự trữ điều khiển công suất không được sử dụng.
4.1.1.14. Suy hao đâm xuyên
Suy hao đâm xuyên của các tòa nhà gây ra bởi sự suy giảm của các sóng vô tuyến khi chúng xuyên qua các tòa nhà. Nó được tính thông qua sự khác nhau của cường độ trường giữa bên trong và bên ngoài tòa nhà. Giá trị suy hao thay đổi tùy thuộc vào vật liêu cũng nhu độ dày của các tòa nhà.
4.1.1.15. Dự trữ fading
Dự trữ fading tuân theo phân bố loga. Giá trị của nó bị ảnh hưởng bởi khả
năng giao tiếp tại vùng biên sector và độ lệch chuẩn fading, ngoài ra nó cũng chịu
ảnh hưởng của môi trường truyền sóng điện từ. Trong đường truyền vô tuyến, giá trị
tổn hao đường truyền có thểđược xem như một biến ngẫu nhiên và tuân theo phân bố loga.
Giả sử rằng giá trị ngẫu nhiên của suy hao đường truyền là ξ, giá trị trung bình m và độ lệch chuẩn là δ , ξ1 là ngưỡng suy hao.
Khi ξ < ξ1, các tín hiệu sau giải điều chế thỏa mãn các yêu cầu về chất lượng dịch vụ. Khả năng phủ sóng vùng biên trong trường hợp lớn hơn hoặc bằng 75% có thểđược tính thông qua công thức sau:
( )2 1 2 2 cov 1 1 ( ) 2 m erage r P P e d ξ ξ δ ξ ξ ξ ξ πδ − − = < = ∫ (4.4)
Đối với môi trường bên ngoài (outdoor), độ lệch chuẩn của suy hao đường truyền luôn được lấy giá trị là 8dB.
Khi đó, giá trị dự trữ fading tương ứng được tính như sau:
m-ξ1= 0.675δ= 0.675 *8 = 5.4dB (4.5) Tất cả quá trình tính toán quỹđường truyền hướng lên có thể tóm tắt như sau:
Tham số Ký hiệu
Công suất phát tối đa của MS
A
Khuếch đại ănten thu MS B
Suy hao cơ thể người C
Công suất phát hiệu dụng
của MS trên 1 kênh
D=A+B-C Mật độ công suất tạp âm
nhiệt môi trường
E
Nhiễu hình hướng lên F
Mật độ phổ công suất nhiễu thu hướng lên
G=E+F
Độ tăng nhiễu hướng lên H
Tổng mật độ phổ công suất nhiễu thu BS I=G+H Tỷ số Eb/No yêu cầu hướng lên J Tốc độ dịch vụ hướng lên Ký hiệu
Độ nhạy máy thu hướng
lên
6 6
10lg(3.84 10 ) ( 10lg(3.84 10 / ))
Tăng ích ănten BS M Suy hao kết hợp của BS N Dự trữ fading P Tăng ích chuyển giao mềm Q Dự trữđiều khiển công suất R
Suy hao đường truyền S
Tổng suy hao tối đa T=D-L+M-N-P+Q-R-S
Bảng 4.3: Các tham số tính toán quỹđường truyền
Đa số mục trong việc tính toán quỹ đường truyền là giống nhau cho cả
hướng lên và hướng xuống. Bán kính ô trên hướng xuống, vùng phủ hướng xuống thay đổi tùy thuộc vào số lượng thuê bao trong ô, vị trí và loại dịch vụ sử dụng của thuê bao. Hướng xuống bị giới hạn bởi dung lượng, khi tải của ô tăng có thể gây ra một số hạn chế trên hướng xuống.
Trong quá trình tính toán và quy hoạch mạng cần phải quan tâm đến việc cân bằng giữa hướng lên và hướng xuống, điều chỉnh các thông số thiết kế cho phù hợp với từng khu vực địa hình, dân cư và từng loại dịch vụ để vùng phủ của cả hướng lên và hướng xuống là tương đương nhau, hạn chế tối đa các khu vực hướng lên tốt mà hướng xuống xấu và ngược lại.